胡杨(Populus euphratica)径向生长日变化特征分析

利用树木径向生长测定仪、自动气象站和土壤水分自动监测仪,在黑河下游胡杨河岸林内,同步监测了胡杨径向生长日变化和太阳辐射、气温、空气相对湿度及主要根系层土壤水分动态等环境因子.结果表明:胡杨径向生长日变化呈抛物线形,每日16:00～20:00时达到最低值点,随后逐步上升至翌日06:00～09:00时达到最高值点,完成一个由收缩期、膨胀恢复期和生长期3阶段构成的日变化周期;不同季节,胡杨径向生长变动幅度存在较大差异.就监测样树而言,不同胡杨个体,胸径越大,日净生长量越大.对各环境因子统计表明,胡杨径向生长日变化与总辐射、气温和土壤体积含水率呈负相关关系,与空气相对湿度呈正相关关系.各环境因子对胡杨径向生长影响存在延时滞后作用,特别是土壤水分条件.     

不同立地条件下胡杨叶片稳定碳同位素组成及水分利用效率的变化

研究了黑河流域下游额济纳荒漠河岸不同立地条件下胡杨(Populus euphratica Olivier)叶片稳定碳同位素组成及水分利用效率的变化特征. 结果表明: 5个典型样地中, 胡杨叶片δ¹³C值在(-25.80～±0.05)‰～(-29.19～±0.05)‰间变化, 均值为(-27.70～±0.13)‰; 就生长季胡杨叶片δ¹³C均值而言, 沙丘样地具有最高的δ¹³C值, 其次为戈壁样地, 最低值出现在河岸低地. 样地间δ¹³C值的差异主要是由样地间土壤含水量和地下水埋深的不同导致的; 整个生长季胡杨叶片δ¹³C值在样地间表现为2种变化趋势. 5个典型样地生长季胡杨水分利用效率在(60.41±0.47)～(95.46±0.47) μmolCO₂·(mmolH₂O)^-1间波动变化, 其平均值为(75.69±1.37) μmolCO₂·(mmol H₂O)^-1, 从水分利用效率波动范围和平均值可以看出, 胡杨是个具有高水分利用效率的物种. 从河岸低地到河岸沙堆再到戈壁、沙丘, 随着土壤含水量逐渐下降, 地下水埋深逐渐加深, 胡杨逐渐提高了其水分利用效率.     

生态水利工程对塔里木河荒漠河岸林植被的水文响应研究

在与干旱区河流水文变化过程的长期适应过程中,荒漠河岸林植被繁育更新、群落演替及分布格局与河流水系变迁形成了不可分割的密切关系。因此,深刻理解多尺度下的荒漠河岸林与水文过程的协同适应机制成为开展生态保护最为关键的科学基础。本文针对不同水文过程下荒漠河岸林多尺度协同适应过程的关键科学问题,从水量水文的研究角度出发,以水量平衡原理出发,并采用Mann-Kendall趋势检验对流域覆盖植被盖度进行研究,得到河道耗水量和生态闸放水量的峰值与地下水埋深的谷值存在一致性,生态闸放水对抬升地下水埋深,进而促进植被生长起到关键作用。表明生态水利工程促进了植物生长需水与供水(即生态闸放水和地下水埋深变化)的过程耦合,提高了植物生长对水资源的利用效率。     

黑河下游荒漠河岸林典型样带植被空间异质性

应用地统计学的理论与方法,分析了黑河流域下游荒漠河岸林主要种群,即老林胡杨(Popu luseuphratica)、幼林胡杨、柽柳(Tamarix chinensis)和苦豆子(Sophora alopecuroides)的空间异质性程度、异质性组成及尺度依赖问题.结果表明:黑河下游荒漠河岸林种群斑块格局明显,斑块内部异质性较小,斑块之间异质性增强,出现空间异质性变化较大的尺度为430m.而斑块内部因不同种群而变化,苦豆子和柽柳具有较大的空间异质性尺度,分别为43m和55m.老林和幼林胡杨种群的空间异质性尺度(8m和13m)较小,但异质性存在多尺度变化.采用30m分辨率的遥感数据能够较好地分析种群斑块格局,但是对种群内的空间异质性分析需要更高的分辨率.     

干旱区荒漠植被丙二醛及保护酶活性对地下水位的响应

塔里木河下游的乔木、灌木、草本植被的主要建群种为胡杨、柽柳和罗布麻,对其中丙二醛(MDA)含量以及保护酶活性对地下水位的研究表明:1)MDA含量以及SOD、POD活性均呈增加趋势,而且均与地下水位呈正相关关系;2)对同一断面相同地下水位条件下胡杨、柽柳和罗布麻的SOD活性和POD活性比较,可以反映出SOD和POD作用的互补性;3)根据不同地下水位条件下胡杨、柽柳和罗布麻的MDA含量和SOD活性所反映出的适宜植物生存的合理生态水位、(严重)胁迫水位,并将其进行综合比较与分析,初步推断在塔里木河下游地下水埋深超过3.12 m时,胡杨和柽柳的生长即开始受到抑制,6 m左右的地下水位即对胡杨造成严重胁迫,≥8.83 m的地下水位则会危及胡杨的生存;而柽柳的严重胁迫地下水位以及临界地下水位分别为5 m左右和≥8.83 m.相比之下,罗布麻所能承受的胁迫地下水位比较高,超过3.12 m的地下水位即会对其生长造成严重水分胁迫,地下水位低于4.42 m则危及其生存.     

黑河下游河岸林植物水分来源初步研究

通过分析黑河下游极端干旱区荒漠河岸林植物木质部水及其不同潜在水源稳定氧同位素组成(δ18O),应用"同位素质量守恒多元"分析方法初步研究了不同潜在水源对河岸林植物的贡献.结果表明:在黑河下游荒漠河岸林生态系统,在河水转化为地下水和土壤水及水分在土壤剖面再分配的过程中均存在强烈的同位素分馏.对植物水δ18O而言,胡杨、柽柳和苦豆子的δ18O分别为-6.43‰、-6.28‰～和-6.61‰,较苦苣菜(-5.14‰)和蒲公英(-5·52‰)明显偏负.柱状频率图显示胡杨最多能利用93%的地下水,柽柳最多利用90%的地下水.而苦豆子97%水分来源于80 cm土层范围内的土壤水.除0～20 cm土层内的土壤水外,苦苣菜和蒲公英可能还有其他潜在水源.即在黑河下游天然河岸林乔木和灌木较多地利用地下水,而草本植物仍然以地表水为主.     

新疆焉耆盆地绿洲水盐双梯度下天然植被多样性分异特征

通过对焉耆盆地河畔带、荒漠带、湖畔带土壤水盐及地下水位和天然植被关系的分析,研究了干旱绿洲水盐过程与分异天然植被生长和绿洲生态的影响.结果表明:绿洲天然植被生物多样性取决水盐双梯度影响,盐分不断向湖畔积聚是引起焉耆盆地湖畔生态系统生境恶化的主导因子.绿洲内部河畔带物种多样性与地下水埋深关系表明,在埋深1.5m区域,随着地下水埋深的加大,物种多样性减少;在埋深1.5～3m区域内,随着地下水埋深加大,其物种多样性在增加;而当埋深在3～4m之间时,随着地下水埋深的加大,植物多样性呈明显减少趋势;而在埋深4m区域内,多样性指数波动不大.调查表明,随着埋深的变化,地表的天然植被草本、灌木、乔木也呈现明显的分异,地下水水盐条件制约植被分布、生存和演替,各种植被类型适应不同的地下水位和盐分特征.     

西藏林芝冷杉树轮稳定碳同位素对气候的响应

对采自西藏林芝的喜马拉雅冷杉进行交叉定年后, 建立树轮δ13C序列. 将δ13C序列去除生长趋势和大气CO2浓度升高导致大气δ13C下降影响得到Δ13C, 利用附近气象资料, 分析了Δ13C对气候要素的响应. 结果表明: 冷杉Δ13C的高频振荡与季节的气温、降水、空气相对湿度显著相关, 并存在强的滞后效应. 冷杉Δ13C序列与降水和空气相对湿度关系密切, 在树木生长初期4月和9～11月, 降水和空气湿度对年轮生长影响较大; 除3月年平均最低温度和年平均温度的11、 12月对年轮Δ13C有一定影响外, 温度对年轮生长影响小于降水和相对湿度的影响.     

河西走廊荒漠区植物生长与水分变化关系分析

为了分析荒漠化防治中荒漠植物生长与降水、土壤水和地下水的关系,在河西走廊荒漠区建立了荒漠化综合防治试验站进行长期定位监测,取得了降水、土壤水、地下水、植物盖度、生物量等数据,采用特征参数算法、相关和逐步多元回归方法,对植物生长和水分的年内、年际变化特征及相关回归模型进行了分析.结果表明：2006-2014年际变化上,土壤水变化最剧烈,降水、生物量、盖度变化剧烈程度极接近,且也较大,地下水位变化最缓和.盖度呈波动性增大趋势较明显,生物量略有增加趋势,降水、土壤水、地下水位变化呈波动性略有降低趋势,但不明显.在植物生长季的3-11月份期间,土壤各层含水率变化步调基本一致,生物量和盖度变化步调基本一致,降水量、地下水埋深变化步调基本一致,年内变化幅度从大到小依次为降水量 > 地下水埋深 > 生物量 > 平均盖度 > 土壤质量含水率.盖度、生物量模型均通过了R拟合检验、F方差检验、t回归系数检验,通过模型可预测变差的58.0%、98.7%,准确率可达52.0%、86.2%.研究成果可为荒漠化防治中的水资源管理以及退耕还林、天然林保护、黑河流域综合治理等工程对水资源影响评估等提供科技支撑和参考数据.     

额济纳绿洲近20年来土地覆被变化

土地利用/土地覆被变化研究是近年来全球环境变化研究的焦点之一。根据黑河下游额济纳绿洲土地生态分类,利用1982年与2000年2期TM遥感数据对比和野外实地调查,采用景观生态空间分布格局分析方法,分为河岸乔木林、河岸灌草林、荒漠稀疏灌丛、荒漠稀疏草地、河道与水域、盐碱化土地、城镇、戈壁、流动沙丘和剥蚀地山丘陵, 从各类土地分布面积变化和类型转移趋向与幅度两个方面,分析了额济纳绿洲20年来土地覆被变化。结果表明：①土地覆被类型结构发生了较大变化,河岸乔木林面积萎缩了0.97％、斑块数减小了376,而河岸灌草林增加了0.92％,数量减小1 316;而％LAND指数荒漠稀疏灌丛由4.49％增加到5.65％,由于中游来水量的锐减,河道和水域的斑块数由40个减少到6个,％LAND指数减小了0.15％。与此同时流动沙丘％LAND指数增加了0.42％。②近20年来以胡杨为主的河岸乔木林和荒漠稀疏草地减小了45.02％和14.55％,相应地以柽柳为主的河岸稀疏灌草地和荒漠稀疏灌丛增加了35.03％和25.88％;河岸乔灌林向河岸灌草林景观转移概率为45.95％,向荒漠稀疏灌丛和稀疏草地转移了0.78%和3.01％,向戈壁转移了10.87%;河岸灌草林景观类型向河岸乔灌林转移8.06％,向稀疏灌丛和稀疏草地转移10.95%和19.64%,向戈壁转移11.88％;③额济纳绿洲具有从河岸乔木→河岸灌草地→荒漠稀疏灌丛快速演化的趋势。     

黑河下游典型生态系统水分补给源及优势植物水分来源研究

通过对黑河源区降水、 黑河下游河岸林生态系统、 人工梭梭林生态系统梭梭及戈壁红砂生态系统土壤水和浅层地下水稳定氢氧同位素组成(δD、 δ¹⁸O)的测定, 对黑河下游典型生态系统土壤水和浅层地下水的补给源进行了研究. 同时通过对比分析河岸林生态系统胡杨和柽柳、 人工梭梭林生态系统梭梭及戈壁红砂生态系统红砂等优势植物根系水及其对应的土壤水及浅层地下水的δ¹⁸O, 对黑河下游典型荒漠植物水分来源进行了研究, 并对不同潜在水源对植物水分来源的贡献率进行了计算. 结果表明: 河岸林生态系统和人工梭梭林生态系统的土壤水和浅层地下水来自黑河源区的降水, 源区降水通过黑河河道输水补给河岸林进而形成土壤水和浅层地下水, 但人工梭梭林的土壤水蒸发作用强烈. 戈壁红砂生态系统由于远离黑河, 土壤水不受黑河源区中上游输水的补给. 就植物水分来源而言, 在河岸林生态系统中, 乔木胡杨主要利用40~60 cm的土壤水和地下水, 灌木柽柳主要利用40~80 cm的土壤水; 人工梭梭主要利用200 cm至饱和层土壤水和地下水; 戈壁红砂主要利用175~200 cm的土壤水. 因此, 在黑河下游极端干旱区, 土壤水和地下水是维持荒漠植物生存、 生长及发育的主要来源.     

漠河樟子松树轮指数与标准化植被指数的关系研究

利用我国寒温带针叶林的樟子松树轮数据和多年NDVI数据,运用树轮指数生成程序ARSTAN得到最大密度、晚材密度等7种树轮指数的标准化序列。首先分析了森林NDVI的逐月和逐年变化特征,然后分析了各种树轮指数与森林NDVI的关系。结果表明,漠河森林NDVI月变化和年变化主要受温度影响,属于温度驱动型;最大密度指数与NDVI年均值间有较强的相关关系;生长季（5～9月）NDVI与当年树轮的最大密度、晚材密度、早材密度和晚材宽度指数相关,但与最小密度、树轮宽度、早材宽度指数关系不显著;夏季（6～8月）NDVI与早材密度指数显著相关,但早材宽度指数却与前一年夏季NDVI有关。就单月NDVI而言,5月份的NDVI与最大密度和晚材密度指数显著相关,而6月份的NDVI与早材密度指数显著相关。从7种树轮指数对区域尺度上的生长季NDVI的指示效果来看,密度指数比宽度指数更有效。     

额济纳233年来胡杨树轮年表的建立 及其所记录的气象、水文变化*

通过胡杨树轮宽度的分析,建立了内蒙古额济纳地区过去233年来的STD,RES和ARS年表;并将树轮STD年表与采样点附近额济纳气象站的气温、降雨量以及狼心山水文站的地下水水位等记录进行了相关分析。结果表明,在额济纳地区显著影响该地胡杨生长的主要限制因子是地下水水位。胡杨树轮宽度年表与冬季及全年地下水水位相关性最高,分别为-0.808(p＜0.01)和-0.724(p＜0.05)。在此基础上,设计转换方程,重建了额济纳地区过去232年来冬季及全年地下水水位变化历史,冬季地下水水位重建方程的解释方差达76.3 % (调整自由度后为70.4 ％ ,n=11,r=0.874,F=12.881,p＜0.003),全年地下水水位重建方程的解释方差为72.8 ％ (调整自由度后为66.1 ％ ,n=11, r=0.854,F=10.731,p＜0.005)。     

新疆克里雅河洪泛事件与树轮记录的初步研究

新疆克里雅河尾闾地带的达里雅博依绿洲位于塔克拉玛干沙漠腹地。在塔克拉玛干沙漠腹地,光、热条件非常充分,水分是影响胡杨生长的主要因子。由于上游截流用于农业生产及河流下渗等因素的影响,导致下游水量逐渐减少,只有特大洪汛期才有洪水泻入下游尾闾地带。因此,胡杨的生长与洪汛期洪水密切相关,洪水较大的年份输入的水量多,有利于胡杨的生长。本文对新疆克里雅河尾闾地带胡杨(Populuseuphratica)树轮进行了初步研究,发现树轮宽度与克里雅河径流量的相关性较差,轮宽与器测径流量的相关系数仅为0.15,考虑到胡杨生长对径流量的滞后效应,滞后3年的轮宽与器测径流量的相关系数为0.30,但与洪水年份有较好的对应性。近百年来的9次洪水年份分别为1941年、1963年、1971年、1972年、1981年、1987年、1996年、2000年和2001年,均对应于胡杨树轮宽度较大的年份,但一些年份有一定的滞后期。     

近百年来西居延海湖泊水位变化的湖岸林树轮记录

通过对西居延海柽柳树轮年表与气象、水文要素进行相关分析,结果表明:标准年表和西河下游5～8月平均地下水位变化呈显著正相关,而且这一相关具有明确的生物学意义.利用标准化年表和地下水位的相关关系,重建了西居延海近100a以来5～8月的水位变化,检验表明重建结果是可靠的.结合西居延海在1960—1962年干涸的史实和重建水位变化曲线,将湖岸林柽柳树轮年表涵盖的近百年分为湖水水位和地下水水位变化两个时期.其中湖水水位上升阶段为1932—1952、1956—1958年,下降阶段为1920—1932、1952—1956、1958—1960年,持续时间分别为20a、2a、12a、5a和2a;地下水水位上升阶段为1974—1981、1996—1997年,下降阶段为1961—1973、1981—1995、1997—2002年,持续时间分别为8a、1a、13a、15a和5a.     

黑河下游天然胡杨树干液流特征的试验研究

应用热扩散原理,采用ICT2000TE 研究了黑河下游25 a生天然胡杨(Populus euphratica)的树干液流特点及其与环境因子的关系.结果表明:1) 在整个生长季的晴天,胡杨树干液流的日变化呈现明显的单峰宽峰曲线.液流速率在6、7、8、9和10月分别为13.39、12.07、12.69和5.1 L·d-1;2) 胡杨在夜间有微弱上升液流,可能存在根压;3) 在生长季树干液流速率与环境因子逐步回归分析结果表明,树干液流受环境因子的综合影响,影响大小依次是空气温度、土壤含水量、相对湿度、总辐射、土壤温度和风速.     

贺兰山油松生长的气候响应机制初步探讨

应用VaganovShashkin模型对贺兰山油松的生长变化作了拟合,发现4～8月的降水量大小决定了该年树木生长的宽度变化,另外,除5月外的1～8月份温度和树木生长的负相关是因为较高的温度不利于土壤中水分的保持,间接地导致树木生长的减慢。VS模型在贺兰山地区取得了良好的拟合效果,更为符合树木生长的生理学意义。通过拟合序列和3个采样点树轮宽度序列的对比发现,拟合序列代表着一个较大范围树轮宽窄的变化。坡向对树木生长的影响较大,甚至超过了海拔高度和距离的影响,故建议树木年轮气候学采样应沿着同一坡向采样。     

An 810‐year history of cold season temperature variability for northern Poland

Scots pine (Pinus sylvestris L.) is a widely used tree species in European dendroclimatology studies due to its common distribution across much of the continent. Almost all studies find radial growth strongly related to summer temperature, a result reflecting site selection at high elevation/latitude environments where trees grow at their ecophysiological limits. Due to the amount of attention spent on these sites there is a geographical and seasonal bias in temperature reconstructions based upon tree‐ring proxies in Europe. To overcome the limited availability of tree‐ring data in temperate lowlands, we present a northern Poland ring‐width chronology developed from living and historic Scots pine material with a strong common growth signal going back to AD 1200. Investigations into climate‐growth relationships found year‐to‐year ring‐width variability to be more strongly correlated to cold season temperature (November to April) prior to the growing season than summer temperatures during tree‐ring formation. Based on this relationship it was possible to reconstruct cold season temperature conditions for the last 810 years. Spatial field correlations with gridded instrumental records indicated that the reconstruction provides relevant cold season temperature information across the land regions bordering the North Atlantic Ocean and Baltic Sea, lowlands and uplands of western and central Europe, and the eastern and central interior of Russia. Despite an unsuccessful attempt to find a stationary relationship with the North Atlantic Oscillation, comparisons with several cold season temperature reconstructions confirmed the long‐term connection between our reconstructed temperature series for northern Poland and the wider area.